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首个纳米级单分子质量实时测定系统问世

  第一个纳米级单分子质量实时测量系统是可用的

  科技日报2009-7-27作者:刘海鹰\\美国加利福尼亚理工学院开发的纳米电子机械系统(NEMS)谐振器只有百万分之一米的尺寸,可以实时测定单个分子的质量。结果发表在最新一期的“自然 - 纳米技术”上。过去,科学家依靠现有的质谱技术来测量分子的质量,这是一个繁琐的过程。首先,待测样品被上千个电离的离子化分子使其处于充电状态,然后将这些离子送入电场,根据其运动来确定质荷比,然后确定其质量。加州理工学院应用物理系和迈克尔·L·乔克斯生物工程学教授兼该校纳米科学研究所所长及同事经过十多年的努力,开发出微型NEMS谐振器,有效地简化了分子量测量和微型化测量的程序仪器。桥式谐振器长2 m,宽100 nm,具有高的振动频率,可以有效地作为质谱仪的“标准”。研究论文和物理学家的第一作者Aschschel Naik指出,谐振器的振动频率与它所测量的目标质量成正比,质量变化是合适的。当蛋白质被放置在谐振器上时,谐振器的振动频率下降,并且蛋白质的质量可以通过该频率转换来确定。研究人员使用该仪器测试了牛血清白蛋白(BSA)的蛋白质含量,结果导致66千道尔顿(道尔顿是原子或分子量的单位,约等于一个氢原子的质量的1道尔顿)。他们首先使用电喷雾电离(ESI)系统来窃取蒸汽状态的BSA蛋白质离子,并将其喷射到频率为450 MHz的NEMS谐振器上,以将谐振器的振动频率降低1.2 kHz。相反,淀粉酶转化为约3.6千赫兹的蛋白质分子,约200千道尔顿的蛋白质,三倍于BSA的质量。奈克指出,谐振器的振动频率的变化也受测量分子在谐振器上的位置的影响,并且由中心位置引起的频率变化幅度大于由边缘位置引起的变化。因此,不能依靠单一测量来确定分子量的大小,需要大约500次频率转换才能获得更准确的结果。未来,研究人员将尝试进行免疫分子位点干扰的质量测量。目前的技术设备已经成为原型。原则上,该系统可以测量高达1道尔顿,相当于一个氢原子的质量。但是这是下一代设备能达到的目标,它不仅更加紧凑,而且还具有更好的噪声性能。而另一方面,研究小组则希望创建可能包含数万个NEMS谐振器的阵列,并行工作以“一次性”的方式确定数千个分子的质量。 Jauczak教授指出,随着生命科学研究的不断深入,越来越需要大量的蛋白质组学分析。下一代仪器应用于相关研究,特别是系统生物学仪器的研究,我们必须能够完成这样的任务。半导体微电子加工技术的发展,使这种仪器的发展成为可能。这项研究得到了美国国立卫生研究院,美国国防部高级研究计划局和美国空间和海上作战司令部的支持。
 

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